The effects of city-level circular economy strategies on reducing GHG emissions : A case study of Seoul = 지역 순환경제 전략의 온실가스 감축 효과 분석: 서울시 사례를 중심으로

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Today the climate crisis is an urgent issue considered an "existential threat" to human survival. Especially since COP21, the role of regions and cities has drawn attention to address the crisis, and the international society has encouraged local-scale efforts. Cities are not only responsible for the more significant part of greenhouse gas (GHG) emissions but also as centres of wealth and innovations have resources and means that are required to tackle climate crisis. In this era economically intertwined around the world, cities, as major consumption nodes, cannot neglect their consumption-based (CB) GHG emissions, i.e., carbon footprints (CF), while most cities currently target reducing production-based (PB) GHG emissions, and considerable literature has suggested circular economy (CE) as an appealing way to reduce urban CF. At the same time, more research about the assessment of CE’s effects on reducing urban CF has been looked-for. With this consideration, this study aims to examine a city’s CB GHG emissions, quantitatively analyse the effect of the CE strategy, and suggest policy implications to further enhance the effectiveness of urban climate change mitigation.
The current study selects Seoul as a study area to give an insight into city-level carbon footprint and CE’s reduction potential. The Seoul Metropolitan Government is seeking GHG emissions reduction based on the GHG accounting method that evaluates only direct emissions and partial indirect emissions. However, as a substantial consumption-oriented metropolis having the smallest GHG emissions portion of the industry sector among provincial-level regions, Seoul is an area that needs to comprehensively examine the effects of consumption in its climate change mitigation. The temporal scope of this study is set as 2015 according to the base year of the latest Korean inter-regional input-output table, which is the main data used in this study.
The Environmentally Extended Multi-Regional Input-Output Analysis (EE-MRIOA), which is progressively employed by broad research on CB accounting of environmental pressure, is utilised for mathematical modelling and analysis. The three scenarios - BAU, CAP2050, and CE - are designed and applied to the model to analyse the amount of GHG emissions from geographically distributed regions that can be expected to be reduced when applying CE strategies in Seoul.
The result shows that to satisfy the needs of Seoul, more than three times the official statistics were generated around the world in 2015. Especially, as it is quite common that a city’s CB GHG emissions surpass its PB GHG emissions, the CB GHG emissions in Seoul is 5.07 times larger than those of the PB approach, where the ratio is the greatest among those resulting from similar literature. The hotspots – housing (and infrastructure), nutrition, and mobility - which comprise about 90% of Seoul's carbon footprints are seen, and how much Seoul depend on the regions outside of the city for their needs are identified by product and societal need. Especially, it is uncovered that the current accounting approach and climate mitigation policy of Seoul has a significant limit of neglecting the CB emissions of the material resources such as steel and cement and the nutrition sector, which accounts for 9.15% of the total CF.
In the scenario analysis comparing three scenarios, namely, BAU, CAP2050, and CE, the effects of six strategies in the CE scenario are quantitatively assessed. The CE strategies included in the CE scenario are focused on narrowing the resource flow, including lessening the carbon intensity of the commodities and production process and reducing the required materials. The results show that the CE scenario encompassing consumption drawdown and efficiency improvement of material resources and energy has significant CF reduction effects in Seoul, reducing 20% of the baseline emissions. In the relevant field, this study is novel in that it attempts to assess the city-level comprehensive effects of CE by interpreting CE strategies as social practices encompassing production and consumption and linking it with societal needs, besides providing the first calculation of the CB GHG emissions of Seoul.
In conclusion, Seoul has significantly more CB GHG emissions than PB ones and official statistics. Even though it is hard to deny that Seoul has responsibility for "physically producing" goods and services to meet its needs, it lacks the climate mitigation policies related to material resources such as cement, steel, and fossil fuels owing to its service-oriented industrial structure and the current GHG emissions accounting method that does not comprehensively calculate the indirect emissions derived from consumption. Furthermore, nutrition (food) is not considered a policy sector at all. To reduce its CB GHG emissions, the CE strategies encompassing both sides of production and consumption, such as increasing material efficiency (e.g., shared mobility), decreasing the intermediate input (e.g., localisation of services and food production) or final demand for material resources (e.g., teleworking,), and replacing the conventional inputs and final demands with less carbon-intensive products (e.g., building with more bricks and woods, vegetarian diet) or renewable resources (e.g., organic food production). While the city can prioritise appropriate CE strategies depending on which sectors or products it consumes or produces a lot, picking only some of them will not suffice. Still, more diverse and/or aggressive, overall CE strategies than those used in the CE scenario proposed in this study are necessitated to respond properly to the climate crisis.

국문 초록 (Abstract)

오늘날 기후 위기는 인류 생존에 대한 실존적 위협으로 여겨질 만큼 중차대한 문제로 여겨진다. 특히 COP21 이후 기후 위기 해결을 위해 지역과 도시의 역할이 주목받으며 국제사회가 지역 규모의 노력을 독려하고 있다. 도시들은 온실가스 배출에 있어서 상당한 부분에 대해 책임이 있을 뿐만 아니라, 부와 혁신의 중심지로서 기후 위기를 해결하기 위해 필요한 자원과 수단을 가지고 있기 때문이다. 전 세계적으로 경제적으로 얽혀 있는 이 시대에 도시는 주요 소비지로서 소비 기반 온실가스 배출량 즉, 탄소발자국을 간과할 수 없는 반면, 현재 대부분의 도시는 생산 기반 온실가스 배출 량 감소를 목표로 하고 있다. 상당한 문헌들이 도시의 탄소발자국을 줄이기 위한 방법으로 순환경제를 제시해 온 반면, 도시 탄소발자국 감소에 대한 순환경제의 효과 평가에 대한 연구는 많지 않다. 따라서 이 연구는 도시의 탄소발자국을 산정하고, 순환경제 전략의 탄소발자국 감축 효과를 정량적으로 분석하며, 도시 기후 변화 완화 정책의 효과를 더욱더 높이기 위한 정책적 시사점을 제안하는 것을 목표로 한다.
이 연구는 서울을 공간적 범위로 선정하였다. 서울시는 직접 배출량과 부분적인 간접 배출량을 기준으로 산정한 온실가스 배출량을 기반으로 탄소중립 정책을 추진 중이다. 더불어 서울은 광역자치단체 지역 가운데 산업부문 온실가스 배출 비중이 가장 적은 실질적인 소비중심 대도시로서 온실가스 배출량에 소비가 미치는 효과를 종합적으로 살펴야 할 지역이다. 이 연구의 시간적 범위는 이 연구에서 사용한 주요 데이터인 최신 지역산업연관표의 기준 연도에 따라 2015년으로 설정되었다. 환경 오염의 소비 기반 산정에 있어 광범위한 연구에 의해 적용되어 온 환경적으로 확장된 다지역 산업연관분석(EE-MRIOA)을 서울시의 탄소발자국과 순환경제의 효과를 분석하기 위한 수학적 모델링을 위하여 사용하였다. BAU, CAP2050, CE 등 세 가지 시나리오를 설계하여 분석하였다.
분석 결과는 서울시는 지역의 필요를 만족시키기 위해 전 세계에서 서울시의 공식 배출량의 3배 이상을 배출하고 있음을 보여주었다. 서울시 탄소발자국의 약 90%를 차지하는 주거(및 인프라), 먹거리, 교통 등 주요 배출 부문을 확인하였고, 서울이 온실가스 배출에 있어서 얼마나 타 지역에 의존하는지에 대해 상품과 사회적 필요에 따라 살펴보았다. 특히 현행 서울시의 온실가스 산정 방식과 감축 정책은 전체 탄소발자국의 9.15%를 차지하는 철강·시멘트 등 물질자원과 먹거리 부문을 간과하고 있다는 큰 한계를 지니고 있다. 여섯 가지 순환경제 전략을 포함한 CE 시나리오는 원자재와 생산 공정의 탄소 집약도를 낮추고 생산과정에서의 투입을 비롯해 자원의 소비를 줄이는 것을 포함하여 자원의 흐름을 좁히는 데 초점을 맞추고 있다. 시나리오 분석 결과, CE 시나리오는 전체 탄소발자국의 20%를 줄이는 등 저감효과가 큰 것으로 나타났다.
결론적으로 서울은 생산 기반 온실가스 배출량과 공식 통계량보다 소비 기반 온실가스 배출량이 월등히 많다. 서울의 필요를 충족하기 위한 상품과 서비스에 대해 그 재화의 생산지와 무관하게 서울시 역시 책임이 있다는 것은 부인하기 어려움에도 서비스 중심의 산업 구조와 소비 기반 배출량을 반영하지 않는 산정방식으로 인해 물질자원, 먹거리와 관련된 순환경제 관점의 감축 정책이 부족한 실정이다. 데이터 등의 한계로 이 연구에서 미처 분석하지 못 한 순환경제 전략들을 비롯하여 보다 다양하고, 급진적이며, 포괄적인 순환경제 전략이 도입될 필요가 있다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1
• 1. Research Background and Objectives 1
• 2. Research Scope and Method 2
• 1) Research Scope and Data 2
• 2) Research Method and Flow 3
• Ⅱ. Literature Review 5
• 1. Urban Areas and Carbon Footprint 5
• 1) Urban Areas' Characteristics and Climate Change Mitigation 5
• 2) Carbon Footprinting 7
• 3) Urban Carbon Footprint Research 8
• 2. Urban Mitigation and Circular Economy 11
• 1) Circular Economy and Its City-level Strategies 11
• 2) CE's Effects on Urban CF Reduction and Their Assessment Methods 15
• 3) Assessment of Circular Economy's Effects on Urban Carbon Footprint Reduction 17
• 3. Implications 18
• Ⅲ. Methodology 20
• 1. Study Area 20
• 2. Methods 22
• 1) Quantitatively Assessing CF and CE's Effects on Urban CF Reduction 22
• (1) Environmentally Extended Multi-Regional Input-Output Analysis and Model 22
• (2) Applying CE Strategies to EE-MRIO Model 24
• 2) Scenario Analysis 25
• (1) Overview of the defined Scenarios 25
• (2) Detailing the CE scenario 26
• 3. Data 31
• 1) Data Sources 31
• 2) Building Seoul EE-MRIO Table 33
• (1) Classifications of Region, Product, and Final Demand 33
• (2) Economic Data 34
• (3) Greenhouse-gas Emissions Coefficient 35
• Ⅳ. Results 36
• 1. Carbon Footprint 36
• 1) CF of Seoul Overview 36
• 2) CF of Seoul by Societal Need 42
• 2. Circular Economy Strategies' Effects 47
• 1) Results of the Three Scenarios Overview 47
• 2) Results of the CE scenario by Societal Need 48
• (1) Housing 48
• (2) Nutrition 49
• (3) Mobility 50
• Ⅴ. Conclusion 51
• 1. Summary and Main Findings 51
• 2. Limitations and Future work 53
• References 56
• Appendices 66
• Abstract in Korean 80